ES2567196T3

ES2567196T3 - Thermal machining procedure of a workpiece, thermal machining machine for said procedure

Info

Publication number: ES2567196T3
Application number: ES04014916.3T
Authority: ES
Inventors: Josef Faust; Hans-Joachim Albert; Burkard Fenner
Original assignee: Messer Cutting Sys GmbH; Messer Cutting Systems GmbH
Current assignee: Messer Cutting Sys GmbH; Messer Cutting Systems GmbH
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: SI1498209T1; DK1498209T3; EP1498209A2; EP1498209B1; DE10332422A1; US20050011866A1; EP1498209A3; US6903300B2; HUE028757T2; PL1498209T3; DE10332422B4

Abstract

Procedimiento de mecanización térmica de una pieza de trabajo de un material ferromagnético mediante una herramienta de mecanización térmica (1) que se puede desplazar a lo largo de la superficie de la pieza de trabajo (7), caracterizado porque para regular la distancia de trabajo (A) entre la herramienta de mecanización (1) y la superficie de la pieza de trabajo (7) se genera un campo magnético alternante que actúa tanto en el área de la superficie de la pieza de trabajo (7) como en un cuerpo de sensor de propiedades ferromagnéticas por encima de la superficie de la pieza de trabajo (7), registrándose el campo magnético alternante o las variaciones del mismo mediante un dispositivo de medida (9; 10), evaluándose las señales de medición del dispositivo de medida (9; 10) para regular la distancia de trabajo (A), y utilizándose como cuerpo de sensor (2; 3; 4; 5) un cabezal quemador (2) y al menos una de las herramientas de corte o soldadura (3; 4; 5).Procedure of thermal mechanization of a workpiece of a ferromagnetic material by means of a thermal machining tool (1) that can be moved along the surface of the workpiece (7), characterized in that to regulate the working distance ( A) between the machining tool (1) and the surface of the workpiece (7) an alternating magnetic field is generated that acts both in the area of the workpiece surface (7) and in a sensor body of ferromagnetic properties above the surface of the workpiece (7), the alternating magnetic field or variations thereof being recorded by a measuring device (9; 10), the measuring signals of the measuring device (9; 10) to regulate the working distance (A), and using as a sensor body (2; 3; 4; 5) a burner head (2) and at least one of the cutting or welding tools (3; 4; 5 ).

Description

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que el material del cuerpo de sensor sea polarizable magnéticamente en total en un campo eléctrico alternante y que la intensidad del campo magnético sea mensurable en el área de la superficie de la pieza de trabajo y sea atenuada por ésta. that the material of the sensor body is magnetically polarizable in total in an alternating electric field and that the intensity of the magnetic field is measurable in the surface area of the workpiece and is attenuated by it.

5 Mediante el cuerpo de sensor se transmite la polarización magnética desde el lugar de excitación hacia la superficie de la pieza de trabajo, lo que se puede representar esquemáticamente mediante líneas de campo magnético, que se extienden en una vía cerrada desde el lugar de excitación a través del cabezal quemador y la punta de sensor y que, en su camino de vuelta, interaccionan con 5 Through the sensor body the magnetic polarization is transmitted from the excitation place to the surface of the workpiece, which can be schematically represented by magnetic field lines, which extend in a closed path from the excitation site to through the burner head and the sensor tip and that, on their way back, interact with

10 la pieza de trabajo de modo que el campo magnético se atenúa. Por consiguiente, un cambio de la distancia entre la punta de sensor y la superficie de la pieza de trabajo se hace perceptible como un cambio de las propiedades del campo magnético. Este cambio de las propiedades del campo magnético se utiliza para regular distancias, tal como se explica con mayor detalle más abajo. 10 the workpiece so that the magnetic field dims. Therefore, a change in the distance between the sensor tip and the surface of the workpiece becomes noticeable as a change in the properties of the magnetic field. This change in the properties of the magnetic field is used to regulate distances, as explained in greater detail below.

15 El cuerpo de sensor está formado por el cabezal quemador y la punta de sensor y, gracias a él, el campo magnético generado se lleva hasta la superficie de la pieza de trabajo y se enfoca así en el área del proceso de corte. De este modo se facilita una regulación de distancias con exactitud puntual. Aquí no es necesario un cuerpo sensor independiente que se deba disponer fuera del cabezal de 15 The sensor body is formed by the burner head and the sensor tip and, thanks to it, the generated magnetic field is carried to the surface of the workpiece and thus focuses on the area of the cutting process. This facilitates distance regulation with precise accuracy. There is no need here for an independent sensor body that must be disposed outside the

20 quemador (como se propone en el estado actual de la técnica). 20 burner (as proposed in the current state of the art).

La excitación del campo magnético tiene lugar a una distancia de la superficie de la pieza de trabajo que, por un lado, perjudica poco al medio de excitación debido a la temperatura de proceso y que, por otro lado, asegura una intensidad de campo magnético en la zona de la superficie de trabajo lo suficientemente grande 25 como para la evaluación. El lugar de la excitación de campo magnético está en el área del cabezal quemador o fuera. En vista de la exactitud de medida, resulta favorable que el cabezal quemador tenga unas dimensiones relativamente grandes en las herramientas de mecanización habituales y que, por tanto, por encima del cabezal quemador se pueda proporcionar una sección transversal The excitation of the magnetic field takes place at a distance from the surface of the workpiece which, on the one hand, damages the excitation medium little due to the process temperature and, on the other hand, ensures a magnetic field intensity in the work surface area large enough 25 for evaluation. The place of the magnetic field excitation is in the area of the burner head or outside. In view of the measurement accuracy, it is favorable that the burner head has relatively large dimensions in the usual machining tools and that, therefore, a cross section can be provided above the burner head

30 grande de material ferromagnético para que las pérdidas en el campo eléctrico alternante sean pequeñas. 30 large ferromagnetic material so that the losses in the alternating electric field are small.

Un perfeccionamiento del procedimiento según la invención se logra generando el campo magnético con una bobina de excitación a través de la cual se extiende el cuerpo de sensor, de modo que éste es atravesado por las líneas de campo 35 magnético por encima y por debajo de un plano de sección transversal por el que A refinement of the process according to the invention is achieved by generating the magnetic field with an excitation coil through which the sensor body extends, so that it is traversed by the magnetic field lines 35 above and below a cross section plane through which

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En lo que respecta a la herramienta de mecanización térmica, el objetivo arriba mencionado se resuelve según la invención a partir de la herramienta de mecanización genérica de la siguiente manera: el cabezal quemador y al menos una de las herramientas de corte o soldadura contienen material ferromagnético y constituyen al menos una parte del cuerpo de sensor. With regard to the thermal machining tool, the above-mentioned objective is solved according to the invention from the generic machining tool as follows: the burner head and at least one of the cutting or welding tools contain ferromagnetic material and constitute at least a part of the sensor body.

De acuerdo con la invención, para regular la distancia de trabajo entre la superficie de la pieza de trabajo y la herramienta de mecanización térmica se utiliza un sistema magnético en el que el cuerpo de sensor está formado por el cabezal quemador y al menos una de las herramientas de corte o soldadura fijadas en el mismo. According to the invention, a magnetic system is used to regulate the working distance between the surface of the workpiece and the thermal machining tool in which the sensor body is formed by the burner head and at least one of the cutting or welding tools fixed therein.

Por tanto, el cabezal quemador y la o las herramientas de corte o soldadura correspondientes tienen propiedades ferromagnéticas. Estas piezas están hechas total o parcialmente de un material ferromagnético. Un revestimiento de las piezas, por ejemplo como protección antioxidante, no perjudica esencialmente al resultado. Therefore, the burner head and the corresponding cutting or welding tools have ferromagnetic properties. These pieces are made totally or partially of a ferromagnetic material. A coating of the pieces, for example as antioxidant protection, does not essentially harm the result.

Las herramientas de corte o soldadura conectadas en total con el cabezal quemador son, en general, una boquilla de corte rodeada por una boquilla de calentamiento. Con frecuencia, las boquillas de corte y calentamiento se fijan al cabezal quemador mediante un anillo de sujeción que rodea las boquillas a modo de caperuza. En caso de un soplete de plasma, el electrodo constituye una herramienta de corte o soldadura en el sentido de la invención. Una de estas piezas entre el cabezal quemador y la superficie de la pieza de trabajo, varias de estas piezas o todas ellas tienen propiedades ferromagnéticas y también se denominan en adelante "punta de sensor". The cutting or welding tools connected in total with the burner head are, in general, a cutting nozzle surrounded by a heating nozzle. Frequently, the cutting and heating nozzles are fixed to the burner head by a clamping ring that surrounds the nozzles as a cap. In the case of a plasma torch, the electrode constitutes a cutting or welding tool in the sense of the invention. One of these pieces between the burner head and the surface of the workpiece, several of these pieces or all of them have ferromagnetic properties and are also referred to as "sensor tip".

La pérdida de intensidad de campo magnético es menor cuanto mayor es la sección transversal del material ferromagnético desde el punto de excitación hasta la superficie de la pieza de trabajo. El material de propiedades ferromagnéticas en general es hierro o una aleación ferrosa. El cabezal quemador y la punta de sensor son del mismo material o de materiales diferentes. Es esencial que el material del cuerpo de sensor sea polarizable magnéticamente en total en un campo eléctrico alternante y que la intensidad de campo magnético sea mensurable en el área de la superficie de la pieza de trabajo y sea atenuada por la pieza de trabajo. The loss of magnetic field strength is less the greater the cross section of the ferromagnetic material from the point of excitation to the surface of the workpiece. The material of ferromagnetic properties in general is iron or a ferrous alloy. The burner head and the sensor tip are of the same material or of different materials. It is essential that the sensor body material be magnetically polarizable in total in an alternating electric field and that the magnetic field strength be measurable in the surface area of the workpiece and be attenuated by the workpiece.

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superior en el área situada por encima del plano medio de bobina y el elemento de medida inferior en el área situada por debajo del plano medio de bobina. upper in the area above the middle coil plane and the lower measuring element in the area below the middle coil plane.

De acuerdo con la invención, el elemento de excitación está configurado como una bobina de excitación que rodea el cuerpo de sensor. El cuerpo de sensor está dispuesto dentro de la bobina de excitación de modo que en él se genera una polarización magnética con líneas de campo por encima y por debajo de una superficie de sección transversal en la que se encuentra el plano medio de la bobina de excitación. Por encima y por debajo de este plano de bobina están previstos un elemento de medida superior y un elemento de medida inferior que forman parte del dispositivo de medición. El elemento de medida superior se extiende al menos en parte a lo largo del cuerpo de sensor en la zona por encima del plano medio de bobina, y el elemento de medida inferior se extiende al menos en parte a lo largo del área situada por debajo del plano medio de bobina. En el caso más simple, el elemento de medida superior está dispuesto por encima de la bobina de excitación y el elemento de medida inferior está dispuesto por debajo de la misma. Al disponer las bobinas de excitación y los elementos de medida uno sobre otro resulta una construcción lateral reducida, lo que posibilita una herramienta de mecanización especialmente delgada. Alternativamente, los dos elementos de medida están dispuestos por ejemplo directamente uno sobre otro delante o detrás de la bobina de excitación. According to the invention, the excitation element is configured as an excitation coil that surrounds the sensor body. The sensor body is disposed within the excitation coil so that it generates a magnetic polarization with field lines above and below a cross-sectional surface where the mid plane of the excitation coil is located . Above and below this coil plane are provided an upper measuring element and a lower measuring element that are part of the measuring device. The upper measuring element extends at least partly along the sensor body in the area above the middle coil plane, and the lower measuring element extends at least partly along the area below the medium coil plane. In the simplest case, the upper measuring element is disposed above the excitation coil and the lower measuring element is disposed below it. By arranging the excitation coils and the measuring elements one above the other, a reduced lateral construction results, which enables a particularly thin machining tool. Alternatively, the two measuring elements are arranged, for example, directly one above the other in front of or behind the excitation coil.

El dispositivo de medición permite evaluar señales de medida utilizando el desplazamiento de fase de la señal de medición, tal como se explica con mayor detalle más arriba en relación con el procedimiento según la invención. The measuring device makes it possible to evaluate measurement signals using the phase shift of the measurement signal, as explained in greater detail above in relation to the method according to the invention.

Los elementos de medida están dispuestos por ejemplo lateralmente con respecto al cuerpo de sensor. No obstante, en una forma de realización especialmente preferente de la herramienta de mecanización según la invención, los elementos de medida están configurados en forma de una bobina de medida superior y una bobina de medida inferior, presentando la bobina de medida superior, la bobina de medida inferior y la bobina de excitación un eje central común en el que se extiende el cuerpo de sensor. The measuring elements are for example arranged laterally with respect to the sensor body. However, in a particularly preferred embodiment of the machining tool according to the invention, the measuring elements are configured in the form of an upper measuring coil and a lower measuring coil, with the upper measuring coil, the coil of bottom measurement and the excitation coil a common central axis in which the sensor body extends.

La configuración de los dispositivos de medición en forma de bobinas de medida en lugar de otros dispositivos de medición de campo magnético, como sensores Hall o sensores de campo magnético, tiene la ventaja de que la medida obtenida es esencialmente independiente de la temperatura. The configuration of the measuring devices in the form of measuring coils instead of other magnetic field measuring devices, such as Hall sensors or magnetic field sensors, has the advantage that the measurement obtained is essentially independent of temperature.

La disposición coaxial de la bobina de excitación y las bobinas de medida alrededor de un eje central común en el que se extiende el cuerpo de sensor posibilita la generación y evaluación de un campo magnético con simetría de rotación, que está enfocado en el punto del proceso de corte, así como un registro simétrico a éste del campo magnético mediante las bobinas de medida. The coaxial arrangement of the excitation coil and the measuring coils around a common central axis in which the sensor body extends allows the generation and evaluation of a magnetic field with rotation symmetry, which is focused on the process point cutting, as well as a symmetrical register of the magnetic field through the measuring coils.

Cuando la bobina de medidasuperior y la bobina de medida inferior están dimensionadas de modo que las tensiones generadas en las bobinas se compensan en la posición de trabajo de la herramienta de mecanización se obtienen resultados especialmente buenos. When the upper measuring coil and the lower measuring coil are sized so that the voltages generated in the coils are compensated in the working position of the machining tool, especially good results are obtained.

El número de espiras y el tamaño de las bobinas son tales que, en la posición de trabajo, las amplitudes de las tensiones generadas en las bobinas de medida suman aproximadamente cero. De este modo se asegura que, en caso de cambiar la posición de trabajo, las señales de medición de las dos bobinas de medida varían de forma aproximadamente proporcional, lo que facilita evaluar el desplazamiento de fase tal como se ha descrito más arriba en relación con el procedimiento según la invención. The number of turns and the size of the coils are such that, in the working position, the amplitudes of the voltages generated in the measuring coils total approximately zero. This ensures that, in case of changing the working position, the measurement signals of the two measuring coils vary approximately proportionally, which makes it easier to evaluate the phase shift as described above in relation to the process according to the invention.

Ventajosamente, el cabezal quemador y la o las herramientas de corte o soldadura están hechas por completo de un material ferromagnético. Advantageously, the burner head and the cutting or welding tool or tools are made entirely of a ferromagnetic material.

En vista de la exactitud de medición, resulta favorable que mediante el cabezal quemador se proporcione una sección transversal grande de material ferromagnético, para que las pérdidas en el campo eléctrico alternante sean pequeñas. Un cabezal quemador de material ferromagnético puede estar provisto de un revestimiento, por ejemplo como protección antioxidante del material ferroso. Esto es igualmente aplicable a la o las herramientas de corte o soldadura. In view of the measurement accuracy, it is favorable that a large cross section of ferromagnetic material is provided by the burner head, so that the losses in the alternating electric field are small. A ferromagnetic material burner head may be provided with a coating, for example as an antioxidant protection of the ferrous material. This is equally applicable to the cutting or welding tool (s).

Ejemplo de realización Execution Example

La invención se describe más detalladamente a continuación por medio de ejemplos de realización y figuras. Las figuras muestran, en concreto en representación esquemática, The invention is described in more detail below by means of embodiments and figures. The figures show, specifically in schematic representation,

Figura 1: Figure 1:: una forma de realización de la herramienta de mecanización a embodiment of the machining tool

según la invención en forma de soplete de oxicorte; according to the invention in the form of a blow torch;

Figura 2: Figure 2:: una representación esquemática del desarrollo de las líneas de a schematic representation of the development of the lines of

campo magnético dentro y fuera del soplete; y magnetic field inside and outside the torch; Y

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rodean el cabezal quemador 2 también en dirección coaxial con respecto a su eje central 8, lo que posibilita un registro con simetría de rotación de las líneas de campo magnético 13, tal como se puede ver en la Figura 2. Debido a la disposición asimétrica de la bobina de excitación 6 con respecto a la altura del 5 cuerpo de sensor (piezas 2, 3, 4, 5), también se produce una asimetría inicial correspondiente en la distribución de las líneas de campo. Las dos bobinas de medida 9, 10 están dimensionadas y conectadas eléctricamente entre sí de modo que, a pesar de dicha asimetría, las amplitudes de sus señales de salida con la distancia de trabajo "A" predeterminada se compensan más o menos. La bobina they surround the burner head 2 also in the coaxial direction with respect to its central axis 8, which makes it possible to register with rotation symmetry of the magnetic field lines 13, as can be seen in Figure 2. Due to the asymmetrical arrangement of The excitation coil 6 with respect to the height of the sensor body (pieces 2, 3, 4, 5), also produces a corresponding initial asymmetry in the distribution of the field lines. The two measuring coils 9, 10 are sized and electrically connected to each other so that, despite this asymmetry, the amplitudes of their output signals with the predetermined working distance "A" are more or less compensated. Coil

10 de excitación 6 presenta un plano medio de bobina 14 por encima del cual se extiende una parte de las líneas de campo 13, cuya intensidad de campo es registrada por la bobina de medida superior, y por debajo del cual se extiende una parte de las líneas de campo 13 cuya intensidad de campo es registrada por la bobina de medida inferior 10. Excitation 10 6 has a medium coil plane 14 above which a part of the field lines 13 is extended, whose field strength is recorded by the upper measuring coil, and below which a part of the lines extends. field lines 13 whose field strength is recorded by the lower measuring coil 10.

15 A continuación, se describe el procedimiento según la invención para la mecanización de una pieza de trabajo ilustrativa con referencia a la Figura 3. 15 Next, the process according to the invention for the machining of an illustrative workpiece is described with reference to Figure 3.

En la Figura 3, para identificar los componentes del soplete de oxicorte según la invención 1 se utilizan los mismos números de referencia que en la Figura 1. Mediante el generador de tensión alterna 20, en el área de la bobina de excitación 20 6 se genera un campo eléctrico alternante de baja frecuencia, que produce a su vez una polarización magnética del material ferromagnético del cabezal quemador 2, donde el polo norte y el polo sur se alternan con la misma frecuencia. Las líneas de campo magnético 13 generadas por la magnetización alternante fluyen a través del soplete de oxicorte y la pieza de trabajo 7. Así, en las dos bobinas de In Figure 3, the same reference numbers as in Figure 1 are used to identify the components of the torch torch according to the invention 1 By means of the alternating voltage generator 20, the excitation coil 20 6 is generated in the area a low frequency alternating electric field, which in turn produces a magnetic polarization of the ferromagnetic material of the burner head 2, where the north pole and the south pole alternate with the same frequency. The magnetic field lines 13 generated by the alternating magnetization flow through the flame cutting torch and the workpiece 7. Thus, in the two coils of

25 medida 9, 10 se genera una señal eléctrica con una amplitud opuesta y una posición de fase determinada del paso por cero. Measure 9, 10 generates an electrical signal with an opposite amplitude and a determined phase position of the zero crossing.

En caso de cambios de la distancia entre el soplete de oxicorte 1 y la pieza de trabajo 7, las líneas de campo se alargan o acortan. De este modo, para las dos bobinas de medida 9, 10 no sólo se produce una variación de la amplitud de la In case of changes in the distance between the torch 1 and the workpiece 7, the field lines are lengthened or shortened. Thus, for the two measuring coils 9, 10 there is not only a variation in the amplitude of the

30 señal respectiva, sino también un desplazamiento de la posición de fase. Para regular la distancia de trabajo no se evalúa la amplitud de la señal de las bobinas de medida 9, 10, sino únicamente los desplazamientos de fase de las tensiones generadas en estas bobinas 9, 10. 30 respective signal, but also a phase position shift. To regulate the working distance, the signal amplitude of the measuring coils 9, 10 is not evaluated, but only the phase shifts of the voltages generated in these coils 9, 10.

La Figura 3 muestra una forma de realización para este tipo de evaluación de la 35 posición de fase de las señales de medición obtenidas mediante el dispositivo Figure 3 shows an embodiment for this type of evaluation of the phase position of the measurement signals obtained by the device

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Claims

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